Optimierung einer Wolf CGB-K-20 Gasbrennwerttherme mit Bedienmodul

Update: Auf vielfache Anfrage habe ich den Artikel aus einem Backup restored. Da ich die Immobilie nicht mehr besitze und auch keinen Zugriff mehr auf eine solche Heizungsanlage habe kann ich keinerlei ergänzende Fragen zu dem Thema beantworten. Wie sich in der Vergangenheit gezeigt hat konnte mit den gesammelten Informationen dem einen oder anderen Hausbesitzer geholfen werden, seinen Gasverbrauch zu senken.

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Wie viele andere Häuslebauer haben auch wir die (eigentlich) überdimensionierte Wolf Gasbrennwerttherme CGB-K-20 eingebaut bekommen. Ich will natürlich nicht sagen, dass die Therme schlecht wäre! Ganz im Gegenteil. Die Therme hat einen hervorragenden Energienutzungsgrad, (lt. Stiftung Warentest 06/2006), verbraucht im Standby 6 Watt und im Betrieb (30 % Auslastung)  83 Watt Strom. Andere Thermen verbrauchen lt. Stiftung Warentest hier weit über 90 Watt bis hin zu 111 Watt. Das kling zwar nicht viel, rechnet man das über eine komplette Heizperiode hoch kommen hier doch einige kWs zusammen.

Wolf CGB-K-20 Brennwerttherme
Wolf CGB-K-20 Brennwerttherme

Das Problem ist nur, dass die Wolf Therme mit den 20 kW Leistung völlig überdimensioniert ist – welcher Neubau braucht schon deutlich mehr als 10 kW Heizleistung? Und da kommen wir schon zum nächsten Problem – der für Neubauten (offiziell) zu geringe Modulationsbereich der Therme: 6,1 – 20,5 kW. Hier wäre – um bei Wolf zu bleiben – eine CGB11 wesentlich sinnvoller gewesen. Die hat dann einen Modulationsbereich von 3,6 bis 10,9 kW. Sowie eine Booster-Leistung von 14,6 kW beim Warmwasser erzeugen.

Das bringt dann natürlich – zumindest mit Werkseinstellungen und nicht optimiert sofort ein weiteres Problem mit sich: Takten des Brenners, geringe Laufzeiten (< 2 Minuten), erhöhter Gasverbrauch, erhöhter Verschleiß und die (nicht erzeugte) Wärme kommt nicht beim Verbraucher an. Das starke Takten dieses Geräts scheint eines der häufigsten Probleme zu sein und wir z.B. im Haustechnik Dialog Forum immer und immer wieder angesprochen. Dem kann man nun recht einfach entgegen wirken. Aber Vorsicht! Man sollte wissen was man tut um nicht ungewollt die Heizungsanlage oder ihre Komponenten zu beschädigen. Änderungen sollten daher immer wohl bedacht sein und nur vorgenommen werden, wenn sie unbedingt notwendig sind. Never touch a running System! (Das gilt nicht nur für EDV-Systeme :-)).

Als Heizungsanlage haben wir eine Wolf CGB-20-K (inkl. Bedienmodul BM) mit einem Wolf 90l Schichtenspeicher installiert bekommen. Das Bedienmodul ist eine sehr wichtige – wenn für den Benutzer nicht die wichtigste Komponente der ganzen Heizungsanlage. NUR über das Wolf BM kann man die Anlage ordentlich einstellen. DWT und was es da noch an Reglungen gibt sind leider nicht in der Lage die Therme vollständig zu parametrisieren. Die Heizung hat einen Außenfühler (logisch), das BM sitzt im Heizungsraum in der Therme. Die Heizung ist im DG eingebaut. Als Heizung ist überall eine Fußbodenheizung verlegt. Im Bad ist zusätzlich ein Handtuchheizkörper an den VL (Vorlauf) der FB angeschlossen. Die Heizung ist für einen VL von 55C° bei -14C° ausgelegt (zumindest in der Standardkonfiguration). Eine Zirkulationspumpe ist per Zeitschaltuhr gesteuert; Typ Wilo-Star, einfache Version ohne sonstige Regelungen. Alle Räume haben ebenfalls eine ERR (Einzelraumreglung) von Purmo. Die hat anscheinend eine Hysterese von 0.5-1K.

Die Anlage war größtenteils auf Werkseinstellungen eingestellt, als wir das Haus übernommen haben – zumindest soweit ich das beurteilen kann. Wir sind dann auch ein Jahr mit der bedarfsabhängigen Variante gefahren – auf Empfehlung unseres Heizis (Sonne + Wasserhahn dauerhaft im Display) was uns dann seit dem Einzug Ende Okt. ’07 bis Ende Okt ’08 einen Verbrauch von ca. 1680m3 eingebracht hat). Das kann auch daran liegen, das die Anlage noch gut 2 Monate nach Einzug immer noch im Estrich Trockenprogramm lief – mein Frau fand es toll, war ja schön warm an den Füßen! :-/

Natürlich ist jede Anlage und jedes Gebäude anders beschaffen. Daher kann man die Einstellungen in der Regel nicht 1:1 übernehmen. Ein Anhaltspunkt für mögliche Werte stellen die Parametrisierungen jedoch alle mal dar. Generell sollte das Ziel sein häufiges Takten zu vermeiden und möglichst lange Brennerlaufzeiten mit den minimalst möglichen (aber ausreichenden!) Systemtemperaturen zu erreichen. Das Thema Takten ist zwar häufig überbewertet, jedoch veranschaulicht folgendes Beispiel den Effekt recht gut:

Wenn man mit einem PKW auf der Autobahn ständig auf 200 km/h beschleunigt, dann wieder abrupt auf 0 km/h abbremst, den Motor abwürgt und anschließend wieder startet, auf 200 km/h beschleunigt, dann kommt man zwar ans Ziel, hat jedoch dem PKW keinen Gefallen getan und der Benzinverbrauch könnte auch geringer ausfallen. Fährt man aber konstant mit 100 km/h, ohne großartig zu beschleunigen oder ab zu bremsen kommt man mit weniger Benzinverbrauch und vor allem Verschleiß am PKW ans Ziel. Ähnlich ist das auch mit der Brennwerttherme. Je geringer die Systemtemperatur ist, desto höher ist die Brennwertausnutzung. Niedrigtemperaturheizungen wie eine Fußbodenheizung (FBH) oder eine Wandheizung (WH) sind hier natürlich konventionellen Heizkörpern überlegen: Sie haben mehr Fläche und mehr Speichermasse (FBH -> Estrich); können daher mit kleinen Temperaturen gefahren werden und das freut die Brennwerttechnik. Bei diesen Heiztypen erkauft man sich die niedrige Temperatur aber mit einem Nachteil: Diese Heizungsarten sind in der Regel sehr träge.

Meine aktuellen Systemeinstellungen sehen so aus:

Solltemperatur/Tagtemperatur: 21.0C°
Spartemperatur/Nachtabsenkung: 16C°
Heizkurve/Kennlinie: 0.4
Wi/So (Winter/Sommerbetriebumschaltung): 17C°
Eco-Abs (Eco-Abschaltung): -3C°
WW-Temp (Warmwassertemperatur): 55C°
Zeitprogramm: 1

Heizbetrieb:

  • Mo-Fr: 03:30 – 21:30 Uhr
  • Sa-So: 06:00 – 22:30 Uhr

Warmwasserbetrieb:

  • Mo-Fr: 04:45 – 08:15, 11 – 12:30, 18:00 – 21:15 Uhr
  • Sa-So: 05:30 – 09:00, 11:15 – 13:45, 16:30 – 21:30 Uhr

Die Heizzeiten kann man nach Bedarf anpassen. Da wir i.d.R. unter der Woche recht früh aufstehen müssen (da steht noch keine 06:00 am Wecker ;-)) fängt der Heizbetrieb schon früh an. Die Aufheizoptimierung der Anlage benutze ich nicht. Über diese könnte man die Zeit noch optimieren. Dabei ermittelt die Anlage selbstständig die mittlere Aufheizzeit und fängt dann entsprechend an zu heizen, damit zu der gewählten Uhrzeit im Zeitprogramm der Raum bereits die Solltemperatur hat. Ohne die Aufheizoptimierung fängt die Anlage an, zu den Zeiten, die  im Heizprogramm hinterlegt sind, auf zu heizen. Das Programm bedeutet lediglich, dass wenn in dieser Zeit ein Wärmebedarf (Heizung/Warmwasser) vorliegt, die Heizung in dieser Zeit heizt.

Außerhalb der Zeiten des Zeitprogramms findet bei mir keine Absenkung statt, sondern eine Abschaltung. Das bedeutet, die Therme geht komplett in den Standby, die Umwälzpumpe ist ausgeschaltet. Das geht natürlich nur, wenn nichts einfrieren kann und die Heizung keinen Schaden nimmt. Da unser Haus recht gut isoliert ist verlieren wir nicht viel Wärme über Nacht – auch wenn es Draußen bitter kalt ist. Daher habe ich die Heizung so eingestellt, dass bis -3C° (Parameter ECO-Abs. + Parameter A09) eine Nachtabschaltung stattfindet. Das spart nicht nur Strom, sondern u.U. auch Gas. Je nach Lage der Heizungsanlage sowie der verbauten Pumpen und Mischer kann man hierdurch auch die eventuell nervige Geräuschkulisse für den Großteil des Jahres eliminieren.

Meine Anlagenparameter (Fachmannebene der Heizung) sehen wie folgt aus:

A00 (Raumeinfluss): 4K
A01 (Aufheizoptimierung): 0
A02 (max. Aufheizzeit): 0
A03 (benötigte Aufheizzeit):  /
A04 (Außenfühler gemittelt): 3h
A05 (Anpassung Raumfühler): 0K
A06 (externer Raumfühler): 1
A07 (Antilegionellenfunktion): 0
A08 (Wartungsmeldung): 104
A09 (Frostschutzgrenze): -3C°
A10 (Warmwasser-Parallelbetrieb): 0
A11 (Raumtemp. abh. Wi/So-Umschaltung): off
A12 (Absenkstopp): -14C°
A13 (Warmwasser Minimaltemp.): 40C°

Die Antilegionellenfunktion ist bei mir ausgeschaltet, da wir nur einen 90L fassenden Schichtenspeicher haben und damit genug Durchlauf. Während der Warmwasseraufheizphasen läuft zusätzlich auch die Zirkulationspumpe, so das ausreichend warmes Wasser durch die Rohre gepumpt wird. Wer jetzt seine Bedenken äußert sollte sich mal Gedanken um das stehende Wasser in den u.U. recht langen Duschschläuchen machen. Da bringen auch 65C° oder gar 70C° Wassertemperatur im Kessel nichts außer eines: ca. 6% mehr Gasverbrauch pro 1C° mehr Wassertemperatur. Und wenn man sich jetzt die Differenz zu 55C° mal vor Augen führt… Da unsere Tochter mind. 1 mal pro Woche badet (eine Badewannenfüllung fasst ca. 350L!) wird auch der Schichtenspeicher regelmäßig „gespült“ 🙂

Kommen wir nun zu den interessanten Heizgeräteparametern, die ich geändert habe und damit der Wolf Therme nicht nur das verständliche Takten abgewöhnt habe, sondern auch noch die Modulationsbandbreite um ca. 16% steigern konnte ohne auch nur eine Schraube an der Therme anfassen zu müssen. Die Therme läuft jetzt in der kleinsten Modulationseinheit des Brenners anstatt mit 6,1 kW mit ca. 3,2- 3,5 kW und einem Gasdurchlauf von ca. 6,7 – 6,8 l/min! Und zumindest bei meiner Therme habe ich hier immer noch einen Sicherheitseinbehalt was die Brennerleistung angeht -sprich es wäre noch eine weitere Reduzierung der Brennerleistung machbar.

Meine Heizgeräteparameter (Fachmannebene der Heizung) sehen wie folgt aus:
HG01(Schaltdifferenz Brenner): 11
HG02(untere Gebläse Drehzahl HZ): 20 (ca. 3,2-3,5kW)
HG03 (obere Gebläse Drehzahl WW): 66 (15kW)
HG04 (obere Gebläse Drehzahl HZ): 41 (9kW)
HG07 (Nachlaufzeit Kesselkreispumpen): 10
HG08 (Max. Kesselkreis TV-max): 55
HG09 (Taktsperre HZ): 30
HG15 (Speicherhysterese Warmwasser): 10
HG16 (Pumpenleistung minimal): 24
HG17 (Pumpenleistung maximal): 80
HG21 (Kesselminimaltemperatur TK-min): 20
HG22 (Kesselminimaltemperatur TK-max): 55

Über den Parameter HG01 habe ich direkten Einfluss auf das Taktverhalten der CGB Therme nehmen können. Der Parameter stand vorher auf 8 und gibt die Hysterese des Heizungsvorlaufs an. Dummerweise startet der Brenner immer mit einer Leistung von 66%. Das Entspricht bei 20,5 kW ca. 13,5 kW Startleistung. Diese wird dann auch für ca. 30 Sekunden gehalten. Das dient wohl zur Flammenstabilisierung. Ansonsten kann ich mir den fest in der Firmware der Anlage hinterlegten Wert nicht erklären. Ändern lässt er sich jedenfalls nicht – will sagen, nicht über das Menü der Steuerung. Auch der Parameter HG04 hat hier leider keinen Einfluss. Jedenfalls fängt der Brenner nach den 30 Sekunden an langsam auf den kleinsten Brennwert zu modulieren, der zu der VL-Soll Anforderung passt. In der Zwischenzeit ist durch die recht große Leistung jedoch der VL zu stark angestiegen und wird größer als VL-Soll+HG01. Ergebnis: Der Brenner schaltet korrekter Weise ab, die Pumpe läuft in der Standardeinstellung (HG07) 1 Minute nach und es greift die Taktsperre (Standard 7 min.). So kann das System natürlich nicht effizient arbeiten. Da man jedoch die Hysterese anpassen kann hat man eine Chance das Ausschalten des Brenners zu Verzögern – allerdings steigt hier dann temporär die Systemtemperatur an! Mit dem Parameterwert 10 konnte ich leider keine wirklichen Erfolge verbuchen. Das Takten wurde zwar geringer, war aber nicht beseitigt. Erst mit dem Wert 11 konnte ein Takten beim Anfahren aufgrund von VL-Ist > VL-Soll+HG01 vermieden werden. Hier muss man dann ebenfalls beachten, dass die Temperatur der Sensoren nicht alle paar Millisekunden ausgelesen und verarbeitet wird, sondern der Intervall irgendwo bei + 3 Sekunden und mehr liegt.

Der wohl wichtigste Punkt ist HG02. Die Reduzierung der Gebläse Drehzahl weit unter Dokumentationsangabe. Laut Wolf ist hier offiziell bei 27 Schluss. Lt. Technikern von Wolf kann man den Parameter aber wesentlich niedriger setzen. Eine Begrenzung nach unten gibt es faktisch nur durch einen Fehler bei der Flammenbildung (Flamme geht aus). Tritt dies auf sollte man mind. den letzten funktionierenden Wert von HG02 + 2 zum Dauertest benutzen. Das BM lässt diese Werte problemlos zu. Ergebnis: weniger Verbrauch und konstante Brennerlaufzeiten. Sehr schön – und das alles, ohne auch nur 1-mal an einen Schraubenzieher zu denken! Verifizieren kann man den Erfolg sehr schnell über den Verbrauchvergleich an der Gasuhr pro Minute gemessen nachdem der Brenner von der Startphase in die normale Betriebsphase gewechselt hat.

Nachdem die Parameter HG01 und HG02 mir einen taktfreien Betrieb gewährleistet haben wurde Schrittweise die Brennertaktsperre für den HZ Betrieb heraufgesetzt: von zunächst 7 Minuten auf 15, dann auf 20 und schließlich auf 30 Minuten. Aufgrund der Trägheit der FBH merkt man hier keinen Unterschied- zumindest nicht bis -6C°. Kälter war es bis jetzt lt. Heizungsaußenfühler noch nicht. Der einzige Nachteil dieser Aktion ist folgender: Wenn die Heizung startet, weil die Rücklauftemperatur abgesunken ist und zeitgleich der komplette Speicher geleert wird und ausgekühlt ist, schaltet die Therme in den Warmwasser Betrieb (WW). Nachdem der Speicher wieder geladen ist greift aber für den Heizungsbetrieb zunächst wieder die Taktsperre von 30 Minuten. So könnten beim Baden unter Umständen Heizungspausen von mehr als 45 Minuten (trotz Wärmeanforderung) auftreten. Wenn jetzt noch stark (zu viel) gelüftet wird und es sehr kalt ist könnte die Raumtemperatur absinken. Wobei diese Überlegung recht theoretisch ist. Ein weiterer Nachteil könnte durch die langen Pausen entstehen, wenn die Heizungszeit nicht nach Bedarf sondern als feste Laufzeit vorgegeben ist. Dann kann es vorkommen, dass in den eigentlich gewünschten 8 Stunden Heizdauer der Brenner tatsächlich nur 3 Stunden geheizt hat und so unter Umständen der Boden nicht die nötige Wärme aufnehmen und abgeben kann.

Über den Parameter HG15 konnte verhindert werden, dass etwas übertrieben ausgedrückt nach jedem Händewaschen der Brenner den Speicher wieder auflädt, weil die Speichertemperatur aufgrund von Wärmeabnahme an den Zapfstellen und dem ersten Lauf der Zirkulationspumpe von 55C° auf 50C° abgesunken ist (Standardwert 5). Jetzt wird erst bei 45 C° Speichertemperatur wieder aufgeladen. Das reicht zum Duschen, Spülen und Händewaschen immer noch reichlich. Beim Baden würde die Therme anspringen und quasi als Durchlauferhitzer arbeiten.

Zusätzlich zu den genannten Parametern wurde der Parameter HG07 von 1 Minute auf 10 Minuten vergrößert. Die Maximale Pumpenleistung (HG17) wurde von 60% auf 80% angehoben. Die Pumpe hat bei Bedarf einen größeren Modulationsbereich und bekommt beim Brennerstart die Wärme schneller abtransportiert. Anschließend wird sie zusammen mit dem Gebläse auf den Minimalwert von 24% Leistung herunter reguliert. Warum Wolf hier nur 60% angibt ist mir immer noch schleierhaft. Selbst wenn ein Haus einen tatsächlichen max. Wärmebedarf von 20kW hat (Mehrfamilienhaus, Altbau etc.) läuft doch der Brennerstart auch in der Übergangszeit immer gleich ab. Die zu niedrige Pumpenleistung begünstigt an dieser Stelle doch nur das nicht gewollte Takten. Über die Parameter HG03 (obere Gebläse Drehzahl WW) und HG04 (obere Gebläse Drehzahl HZ) habe ich die Maximalen Leistungen der Therme beim Heizen (9kW)  und Warmwasser  (15kW) erzeugen herunter geregelt. Bei der Warmwasserleistung habe ich mich mal an der CGB-11 von Wolf orientiert. Wenn der Booster mit 14,6 kW Wasser schnell genug erwärmt sollte das für mich auch OK sein. Ob man die 15 kW beim Warmwasser noch weiter senken kann (ohne Komforteinbuße!) muss ich noch mal testen. Mir war primär wichtig, das die Badewanne auch weiterhin zügig mit heißem Wasser gefüllt werden kann ohne das man hier eine Zwangspause einlegen müsste.

Noch ein paar Tipps zur Anpassung der Heizkurve:

  • Temperatur im Winter OK | Übergangszeit zu kalt -> Heizkurve flacher einstellen, parallel anheben
  • Temperatur im Winter OK | Übergangszeit zu warm -> Heizkurve steiler einstellen, parallel absenken
  • Temperatur im Winter zu kalt | Übergangszeit OK -> Heizkurve steiler einstellen, leicht parallel absenken
  • Temperatur im Winter zu warm | Übergangszeit OK -> Heizkurve flacher einstellen, leicht parallel anheben

Parallelverschiebung: Anpassung der Soll- oder Tagestemperatur. Das geht beim BM von Wolf recht simpel über den rechten Drehregler mit dem man die Temperatur ohne Veränderung der Grundeinstellung um 4K anheben oder absenken kann. Die Verschiebung kann hier in 0.5K Schritten vorgenommen werden. Wenn man dann ein befriedigendes Resultat erzielt hat kann man die benötigte Raumtemperatur (Tagestemperatur) über das BM in den Grundeinstellungen vorgeben. Achtung! Nicht vergessen die Anpassung über den rechten Drehschalter wieder rückgängig zu machen – sonst qualmen u. U. schnell die Socken 🙂

Was ich über diese Optimierungsmaßnahmen erreicht habe:

  • weniger Gasverbrauch
  • bessere Modulation
  • Keine unnötige Taktung des Brenners mehr
  • verminderter Verschleiß der Anlage
  • längere Laufzeiten
  • niedrigere Systemtemperatur
  • niedrigerer Stromverbrauch der gesamten Anlage
  • Nachtabschaltung (Anlage in Standby)
  • Weniger/Keine Pumpengeräusche mehr

Fragen und Anmerkungen, besonders aber Verbesserungen sind erwünscht!